Väderförutsägelser spelar en viktig roll i fritidsaktiviteter och ekonomiska aktiviteter i århundraden. Det avgör om du kan åka på picknick eller om fartyg säkert kan gå ut till havs.
Men väderprognoser startade inte för 40 år sedan med avancerade datorer. För hundratals år sedan använde människor en mängd olika manuella metoder och beräkningar för att förutsäga vädret, från att observera himlen för kontrollanta tecken på en storm till att hänvisa tillbaka till gamla väderrapporter – och de var ganska exakta.
Men nu är väderprognoser digitaliserade, vilket väcker frågan: hur förutsäger datorer vädret?
Datorer före datorer
Innan höghastighetskommunikationsenheter, som telegrafen och telefonen, var det nästan omöjligt att få aktuell väderdata för andra platser. Väderförutsägelser var något vardagliga människor deltog i beroende på vad de kunde se och känna.
Himlens speciella skugga, luftfuktighetsnivåerna och lufttrycket – som du kunde känna i dina leder – där alla människor var tvungna att förutsäga väderförhållandena för nästa dag. Men de var långt ifrån korrekta, fyllda med vidskepelse och kunde inte förutse längre än en dag eller två i framtiden.
I slutet av 1800-talet och början av 1900-talet blev väderprognoser en mer seriös typ av vetenskap. Nätverk av vädertjänster kunde kommunicera och utbyta väderdata över långa avstånd.
Vädret kommer inte ur det blå. Det påverkas av förhållandena i närliggande områden. Genom att känna till väderförhållandena i närliggande städer kan vi förutsäga vilken typ av väder vi sannolikt kommer att uppleva.
Innan digitala datorer, skulle meteorologer manuellt plotta väderdata över kartor. De skulle sedan analysera data från en lång tidsperiod, leta efter trender och mönster. Men redan innan datorer hade meteorologer instrument för att samla in atmosfärisk data. Till exempel brukade de flyga ut väderballonger för att få prover från högre upp i atmosfären.
Fjärilseffektens födelse
Termen “fjärilseffekt” myntades först på 1960-talet av meteorologen Edward Lorenz, även om andra hade funderat över ämnet tidigare.
Lorenz använde termen för att beskriva vädersystemens känslighet. Medan han räknade om tidigare väderförutsägelser, var Lorenz inte den enda meteorologen som märkte något konstigt. Även den minsta förändring i siffrorna resulterade i en helt annan väderprognos.
Förändringen i antal var så liten att han liknade den vid de fladdrande vingarna av en fjäril på ena sidan av jorden som startade en våldsam storm på den andra.
Datorer är bara en del av ekvationen
Det ligger i namnet: beräkna betyder att beräkna. “Dator” var en gång ett jobb där mattekunniga människor satte sig ner och löste hundratals matteproblem om dagen. Istället automatiserar moderna datorer processen med digitala maskiner.
För att undvika att falla för smöreffekten så mycket som möjligt, beräknar moderna väderprognoser siffror och ger resultat med en hög grad av noggrannhet. Men inte ens det räcker för att slå vädret.
Aktuella väderprognosmodeller kan förutsäga vädret för fem dagar i framtiden med 90 procents noggrannhet. Noggrannheten sjunker avsevärt efteråt. Den når 80 procent för sjudagarsprognoser och runt 50 procent för allt längre fram i tiden.
Hur datorer förutsäger vädret
En datormodell är en uppsättning instruktioner som datorn följer för att skapa en simulering av en verklig funktion eller ett fenomen. Moderna väderprognosmodeller är programvara som analyserar väderdata för att förutsäga funktionen. De fungerar på samma sätt som datorer förutspår börsens periodiska uppgång och fall.
För att veta vad som kommer att hända i framtiden behöver du veta vad som hände innan och vad som händer just nu. Väderförutsägelser börjar inte med datorer, utan med data. Meteorologer samlar in data med en mängd olika instrument runt om i världen samtidigt.
De använder vindflöjlar för att mäta vindhastigheter, termometrar för temperaturer, barometrar för tryck och hygrometrar för luftfuktighet.
Alla dessa data implementeras sedan i olika datormodeller för att analysera och jämföra med tidigare data och beräkningar. Men det finns inte en enda modell för att förutsäga vädret. Olika modeller fokuserar på specifika områden i vädersystemet och arbetar tillsammans med andra modeller för att skapa en helhetsbild.
Klimatmodeller
Klimatmodeller är främst ansvariga för att förutsäga förändringar i jordens eller en regions klimat. Klimat är det genomsnittliga väderförhållandet i allmänhet och inte väderförhållandena för en dag eller två.
Mesoscale modeller
Datormodeller i mesoskala analyserar områden i en skala av cirka 20 km. De analyserar bara data från relativt nära områden och använder dem för att förutsäga lokalt väder för de kommande dagarna.
Statistiska modeller
Statistiska modeller fokuserar mer på dataanalys snarare än vädersimulering. De tittar på data från årtionden sedan och förutspår vädret. Medeltemperaturer och väderförhållanden på samma plats och plats bidrar också till förutsägelsen.
En väl avrundad atmosfärsimulering
Data som samlats in med hjälp av meteorologiska instrument tillsammans med de olika väderprognosmodellerna implementeras i en digital simulering av jordens atmosfär. Tiden snabbas upp i simuleringen för att avslöja de ungefärliga väderförhållandena under de kommande dagarna på global skala.
Men att simulera hela jordens atmosfär är inte lätt. För att få frekventa och exakta förutsägelser använder meteorologiska center superdatorer istället för vanliga.
De är idealiskt kapabla att utföra över 14 000 biljoner beräkningar per sekund. Men även efter att resultaten är fortfarande grova. Resultaten granskas sedan av ett team av mycket skickliga meteorologer för att tolka och bekräfta med 90 procents noggrannhet – men aldrig 100 procent.
Simuleringen skulle behöva ta hänsyn till jordens dynamik utöver atmosfärsfysik. Forskare använder fysikekvationer för att simulera atmosfäriska processer och hur olika väderförhållanden samverkar. Simuleringen som helhet tar också hänsyn till jordens rotation och hur den pressar väderförhållandena över hela jordklotet.
Framtiden för väderprognoser
Väderprognoser gick från att knappt förutsäga vädret ett par dagar in i framtiden till att förutsäga en hel svag med hög noggrannhet på cirka 100 år. Men det finns fortfarande gott om utrymme för förbättringar.
För bättre prognoser behöver meteorologer tre saker; en djupare förståelse av jordens atmosfär, mer exakta och frekventa atmosfäriska data och kraftfulla datorer som kan analysera och hantera den i tid. Alla är inom räckhåll inom en snar framtid.
Om författaren
Anina Ot (97 artiklar publicerade)
Anina är frilansande teknik- och internetsäkerhetsskribent på MakeUseOf. Hon började skriva inom cybersäkerhet för tre år sedan i hopp om att göra det mer tillgängligt för den genomsnittliga personen. Sugen på att lära sig nya saker och en stor astronominörd.
Mer från Anina Ot
Prenumerera på vårt nyhetsbrev
Gå med i vårt nyhetsbrev för tekniska tips, recensioner, free e-böcker och exklusiva erbjudanden!
Klicka här för att prenumerera
